TP-1 Etude expérimentale de la charge d`un condensateur à

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ETUDE EXPÉRIMENTALE D'UN CONDENSATEUR
I- A quoi sert un condensateur ?
1°) Reproduire le schéma ci-contre avec les appareils permettant
de mesurer IC et UC. (préciser les positions DC ou AC)
Réglages et valeurs : E = 4 V et C = 2200 µF
2°) Reproduire et remplir le tableau suivant :
Instants Etats des interrupteurs
Qu’observe-t-on ?
(évolution des valeurs de IC et de UC
pendant la phase transitoire)
Valeurs
finales
IC UC
t0K1 et K2 sont ouverts.
t1
On ferme K1, K2 reste
ouvert
t2On ouvre à nouveau K1
t3
On ferme l'interrupteur K2
(K1 restant ouvert)
3°) Conclusions ?
II- Charge d'un condensateur à travers une résistance.
A- Etude qualitative.
Montage : E = 30 V et C = 4,7µF.
Observons la tension UC au moment où on applique une tension
constante aux bornes de l'association en série d'une résistance et
d'un condensateur.
Le phénomène étant plus visible avec une résistance de forte
valeur le multimètre utilisé en voltmètre servira de résistance
(RV = 10 MΩ).
1°) Fermer l'interrupteur K1. Qu'observe-t-on sur l'écran du voltmètre ? Que pouvez-vous dire du
courant qui traverse le circuit ?
2°) Exprimer UC en fonction de E et UR. Qu'en déduire quant à l'évolution de la tension UC ?
Lors de la charge d'un condensateur à travers une résistance on distingue deux phases: une
première appelée régime transitoire et une deuxième appelée régime permanent.
Décrire l’évolution des grandeurs pendant ces deux phases.
3°) Décharger le condensateur (on court-circuite le condensateur en fermant K2) afin de se retrouver
dans les conditions initiales de l'expérimentation.
B- Etude quantitative: on se propose d'étudier l'évolution de IC et UC en fonction du
temps.
1°) Refaire l'expérience précédente en relevant la tension UR toute les dix secondes (5 si c'est
possible), arrêter les mesures lorsque le phénomène se stabilise.
2°) Afin de remplir le tableau suivant (à reproduire et à intégrer dans le compte-rendu), déduire des
mesures de UR les valeurs de l'intensité du courant IC, en sachant que la résistance du voltmètre est
de 10 MΩ. Calculer aussi les valeurs de UC correspondant aux différentes mesures de UR.
t
UR
IC
UC
C
IC
K1K2
EUC
C
V
RV
UV
EK2
IC
UC
K1

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3°) Tracer soigneusement les courbes UC (t) et IC (t) sur des feuilles de papier millimétré séparées.
4°) Exploitation de la courbe UC (t).
On caractérise la charge d'un condensateur par le temps nécessaire pour que la tension UC atteigne
63% de sa valeur finale. Ce "temps" noté τ est appelé constante de temps du circuit RC.
a- A l'aide de la courbe UC (t), déterminer τ.
b- Calculer le produit RC et comparer votre résultat avec τ.
c- Conclusion ?
d- Tracer la droite passant par l'origine et par le point de coordonnées (τ , E ). Que représente
cette droite pour la courbe que vous avez tracée ?
e- On considère qu'un condensateur est complètement chargé au bout de 3τ. Quelle valeur a
atteint UC pour t = 3τ ? Quel pourcentage de E cela représente-t-il ?
III- Charge d’un condensateur à courant constant.
On dispose de deux
condensateurs de capacité :
C1 = 1000 µF et C2 = 4700 µF.
On veut mesurer l’évolution
de la tension uC aux bornes des
condensateurs pour
deux valeurs d’intensités
de courant :
I1 = 100 µA et I2 = 300 µA.
Attention ! Pendant toutes les
mesures la tension UCI ne
devra jamais dépasser 10 V
1°) On choisit R = 10 kΩ.
Quelles valeurs de E nous permettra d’obtenir les intensités constantes I1 et I2 ?
2°) Mesurer la tension uC toutes les 5 secondes pendant une minute dans les quatre cas suivants :
uC1(t) lorsque I1 = 100 µA et C1 = 1000 µF ; uC2(t) lorsque I1 = 100 µA et C2 = 4700 µF ;
uC3(t) lorsque I2 = 300 µA et C1 = 1000 µF ; uC4(t) lorsque I2 = 300 µA et C2 = 4700 µF ;
Présenter les résultats dans quatre tableaux distincts et représenter les quatre courbes sur la même
feuille de papier millimétré.
3°) Quelles conclusions peut-on en tirer ?
IV- Charge et décharge d'un condensateur en régime variable.
R est une boîte à décade allant jusqu'à 1 MΩ .
1°) Indiquer les branchements de l'oscilloscope permettant de visualiser
e et uC.
2°) Régler le GBF de manière à obtenir e tel que représenté ci-contre:
T = 2.10-4 s
3°) On désire que T = 10.τ , sachant que C = 1nF, calculer R.
4°) Visualiser e et uC, et dessiner en synchronisme e, uC et Ri = e-uC
( appuyer sur inv. pour avoir - uC, puis sur ADD et supprimer DUAL ).
5°) On fait varier la résistance R.
f = 5 000 Hz, pour R1 = 4,7 kΩ et pour R2 = 100 kΩ, visualiser e, uC et Ri.
Expliquer...
6°) On fait varier la fréquence.
R = 22 kΩ, pour f1 = 500 Hz, f2 = 50 Hz et f3 = 50 000 Hz, visualiser e, uC et Ri. Expliquer.
R
∞
R
RR
Ei
A
Source de courant constant
Ii = Ei / R
Ci
∞
V
Suiveur
UCi UCi
C
R
UR
e
(G.B.F.)
iC
uC
K1
t en ms
e
en V
1V
T/2 T